Понимание процесса майнинга криптовалюты: механика работы и шаги

Основные направления

• Майнинг криптовалюты считается основным процессом, который обеспечивает безопасность и защиту сетей блокчейна, поскольку майнеры проверяют и упорядочивают транзакции.
• Процесс майнинга способствует выпуску новых монет в экономический оборот валюты.
• Майнинг требует использования огромной вычислительной мощности, что усиливает защиту сети от потенциальных атак.
• Майнеры собирают неподтвержденные транзакции в блоки, которые транслируются в сеть, и при их подтверждении получают вознаграждение
• На рентабельность майнинга влияют несколько факторов, включая эффективность оборудования, затраты на энергоресурсы, колебания рынка и протокольные разработки.

Что означает процесс майнинга криптовалют?

Представьте себе глобальный распределенный финансовый реестр, в котором регистрируются все транзакции криптовалют. Майнинг обеспечивает точность и надежность этого реестра. Майнеры используют мощные компьютеры для решения сложных математических задач, в основном (шифровальных ) с целью упорядочивания и подтверждения ожидающих транзакций. Победитель, который решит задачу, получает денежное вознаграждение.

Автоматизированный процесс майнинга обеспечивает безопасность биткойна и других криптовалют. С его помощью проверяются транзакции между пользователями и добавляются в общедоступные записи блокчейна. Майнинг является ключевым элементом, который позволяет сетям биткойна функционировать децентрализованно, то есть без центрального органа управления.

Деятельность майнинга также способствует созданию новых монет. Хотя это может показаться похожим на печать денег, майнинг криптовалюты подчиняется строгим программным протоколам, которые полностью регулируют процесс и предотвращают случайное создание новых единиц. Эти правила применяются через сеть распределенных узлов.

Чтобы создавать новые денежные единицы, майнеры используют вычислительные ресурсы для решения сложных криптографических головоломок. Первый майнер, который находит решение, получает право добавить новый блок транзакций в блокчейн и распространить его по сети.

Механизм работы майнинга криптовалют

Краткое описание

1. Сбор транзакций в блоки Когда пользователь отправляет или получает криптовалюту, незавершенные транзакции временно сохраняются в “блоке” в ожидании подтверждения.

2. Решение загадки майнерами Майнеры используют компьютеры для нахождения специального случайного числа, называемого нонсом (Nonce), и при его объединении с данными блока получается значение, меньшее установленной цели. Это похоже на цифровой лотерейный билет, содержащий головоломку.

3. Добавление блока в цепь Первый майнер, который решит задачу, имеет право добавить свой блок в блокчейн. Другие майнеры проверяют правильность блока.

4. Получение вознаграждений Успешный майнер получает вознаграждение, которое включает в себя новые криптовалюты, а также комиссионные за транзакции из блока.

Подробное объяснение

Когда новые транзакции выполняются в блокчейне, они отправляются в очередь, называемую памятью. Узлы, ответственные за проверку, оценивают действительность этих транзакций. Роль майнера заключается в сборе ожидающих транзакций и их упорядочивании в блоки. Следует отметить, что некоторые майнеры также управляют узлами проверки, но это две разные функции с технической точки зрения.

Блок представляет собой страницу из реестра блокчейна, содержащую несколько транзакций и дополнительные данные. Более точно, ответственность за сбор неподтвержденных транзакций из памяти лежит на узле майнинга, который объединяет их в кандидатный блок. Майнер пытается преобразовать этот кандидатный блок в подтвержденный, решая сложное математическое уравнение, требующее значительных вычислительных мощностей. При успешном майнинге блока майнер получает вознаграждение в виде блока, которое включает новые криптовалюты, а также сборы за транзакции.

Первый шаг: обработка транзакций по частям

Первый этап майнинга блока заключается в том, чтобы взять неподтвержденные транзакции из пула памяти и обработать их одну за другой с использованием хэш-функции. Каждый раз, когда данные проходят через хэш-функцию, создаются выходные данные фиксированной длины, называемые хэш-значением.

Значение хеширования каждой транзакции состоит из последовательности цифр и букв, которые служат уникальным идентификатором. Это значение отражает всю информацию, содержащуюся в транзакции. Параллельно с хешированием каждой транзакции, майнер включает специальную транзакцию, с помощью которой он получает вознаграждение за блок. Эта транзакция известна как транзакция coinbase и создает совершенно новые монеты. Обычно эта транзакция идет первой в любом новом блоке, за ней следуют все неподтвержденные транзакции.

Шаг второй: Построение дерева Меркла

После хеширования каждой транзакции значения хешей упорядочиваются в структуре, известной как дерево Меркла ( или хеш-дерево ). Дерево Меркла строится путем упорядочивания значений хешей транзакций парами, а затем их хеширования вместе. Результирующие выходные данные хеширования снова хешируются парами, и процесс повторяется, пока не будет получено одно значение хеширования. Это последнее значение называется корневым хешем, и оно кратко представляет все предыдущие значения хешей, использованные для его построения.

Шаг третий: поиск правильного хеш-значения для блока

Значение хеширования блока служит уникальным идентификатором для каждого блока. При создании нового блока майнеры объединяют хеш предыдущего блока с корневым хешем кандидатного блока, чтобы получить новый хеш блока. Также должен быть добавлен случайный номер, называемый нонс. Таким образом, когда майнер пытается проверить свой кандидатный блок, он объединяет корневой хеш, хеш предыдущего блока и нонс, и пропускает их через хеш-функцию. Цель состоит в том, чтобы повторять это, пока он не сможет получить правильный хеш.

Поскольку корневое хеширование и хеширование предыдущего блока фиксированы, майнерам необходимо многократно изменять значение нонса, чтобы найти подходящее хеширование. Результат (хеш блока) должен быть меньше определенной цели, установленной протоколом. В контексте майнинга биткойнов хеш блока должен начинаться с определенного количества нулей — эта цель называется сложностью майнинга.

Шаг четвертый: распространение добытого блока

Как мы видели, майнерам необходимо многократно хешировать свой блок, используя различные значения нонса, пока они не найдут правильный хеш. Когда майнер находит правильный хеш блока, он транслирует этот блок в сеть. Затем все остальные узлы проверяют правильность блока, и если он действителен, добавляют новый блок в свою версию блокчейна.

На этом этапе кандидатный блок становится подтвержденным, и все майнеры переходят к добыче следующего блока. Майнеры, которые не нашли правильный хеш вовремя, отказываются от своего кандидатного блока и гонка начинается заново.

Состояние: Майнинг двух блоков в одно и то же время

В редких случаях майнеры могут создать два действительных блока одновременно, и сеть оказывается перед двумя конкурирующими блоками. Все майнеры начинают добывать следующий блок в зависимости от того, какой из них пришел к ним первым, что временно разделяет сеть на две разные версии блокчейна.

Соревнование между двумя ветвями продолжается до тех пор, пока не будет добыт следующий блок на одной из них. Когда появляется новый блок, предыдущий блок считается выигравшим. Отклоненный блок называется недействительным или заброшенным, что заставляет майнеров, выбравших эту ветвь, снова попытаться добыть правильную цепочку.

Сложность майнинга: постоянная корректировка

Протокол регулярно корректирует сложность майнинга, чтобы обеспечить стабильную скорость производства новых блоков, что, в свою очередь, приводит к выпуску новых монет в регулярном и предсказуемом порядке. Уровень сложности настраивается в соответствии с общей вычислительной мощностью ( хешрейта ), выделенной для сети.

По мере того, как новые майнеры присоединяются и конкуренция увеличивается, сложность майнинга растет, что предотвращает снижение среднего времени блока. Напротив, если некоторое количество майнеров покидает сеть, сложность снижается, и майнить новый блок становится легче. Эти корректировки поддерживают стабильность среднего времени блока, независимо от общей хэш-мощности сети.

Разные методы майнинга криптовалют

Существует несколько различных способов майнинга криптовалют, которые постоянно развиваются с появлением нового оборудования и алгоритмов консенсуса. Обычно майнеры полагаются на специализированные компьютеры для решения сложных криптографических уравнений. Давайте рассмотрим самые распространенные методы.

Майнинг на центральных процессорах (CPU)

Добыча с помощью ЦПУ ограничивается использованием центрального процессора обычного компьютера для выполнения необходимых хеш-функций. На ранних этапах биткойна затраты на добычу были низкими, а барьеры очень маленькими, и обычный процессор мог справляться с сложностью. В то время любой мог попробовать заняться добычей.

Тем не менее, с присоединением большего числа участников и увеличением общего уровня хешрейта, добыча стала гораздо сложнее. Более того, появление современного оборудования для добычи с более высокой вычислительной мощностью сделало добычу на CPU практически невозможной. Сегодня добыча на CPU не считается практичным вариантом, поскольку все майнеры используют специализированное оборудование.

добыча на графических процессорах (GPU)

Графические процессоры разработаны для одновременной работы с множеством приложений. Хотя их основное использование связано с видеоиграми и компьютерной графикой, они также подходят для майнинга. Графические процессоры имеют относительно более низкие цены и большую гибкость по сравнению с сильно специализированным шахтерским оборудованием. Несмотря на то, что они используются для майнинга некоторых альтернативных валют, их эффективность зависит от сложности майнинга и используемого алгоритма.

майнинг с использованием ASIC-микросхем

Специальные интегральные схемы (ASIC) разработаны для выполнения очень конкретной функции. В контексте цифровых валют это относится к специализированному оборудованию, предназначенному исключительно для майнинга. Майнинг с использованием ASIC отличается высокой эффективностью, но относительно дорогой. Поскольку оборудование ASIC представляет собой вершину технологии, стоимость единицы значительно выше, чем у CPU или GPU. Кроме того, постоянное развитие технологии ASIC может быстро сделать старые модели нерентабельными. Это делает майнинг с использованием ASIC одним из самых затратных способов, но он является самым эффективным и может быть очень прибыльным при широком применении.

Пулы майнинга

Поскольку награда за блок выдается только первому успешному майнеру, вероятность того, что вы сможете добыть следующий блок в одиночку, очень низка. Майнеры с небольшой долей хэшрейта имеют очень маленький шанс выиграть в одиночку.

Майнинговые пулы предлагают решение этой проблемы. Это группы майнеров, которые объединяют свои ресурсы ( хешрейта ), чтобы увеличить шансы на получение вознаграждений за блок. Когда пул успешно находит блок, участники пула делят вознаграждение в зависимости от того, сколько усилий каждый из них вложил.

Майнинг-пулы могут предоставить индивидуальным майнерам преимущества в отношении затрат на оборудование и электроэнергию, но их контроль над майнингом вызывает опасения по поводу централизации и риска атак, направленных на контроль над сетью.

облачный майнинг

Вместо покупки оборудования, майнеры арендуют вычислительную мощность у специализированных поставщиков услуг в модели облачного майнинга. Это упрощенный способ начать майнинг, но он несет риски, такие как мошенничество или снижение прибыли. Если вы решили попробовать облачный майнинг, убедитесь, что выбрали поставщика с хорошей репутацией.

Майнинг биткойнов: самый заметный случай

Биткойн является самым известным и явным примером криптовалют, подлежащих майнингу, и его майнинг основан на алгоритме консенсуса, называемом доказательство работы (PoW).

Доказательство работы – это оригинальный механизм консенсуса блокчейнов, разработанный Сатоши Накамото и представленным в исследовательской работе о Биткойне в 2008 году. Короче говоря, доказательство работы определяет, как блокчейн-сеть достигает согласия среди распределенных участников без внешнего посредника, требуя значительных инвестиций в энергетику и вычислительную мощность для сдерживания вредоносных действий.

Как мы видели, неподтвержденные транзакции в сети Биткойн организуются и добавляются в блоки майнерами, которые соревнуются в решении головоломок с помощью продвинутого оборудования. Первый майнер, который достигает правильного решения, может транслировать свой блок в блокчейн, и если его примут узлы проверки, он получает вознаграждение за блок.

Ценность цифровых валют в блоковой награде варьируется от одной блокчейн-сети к другой. В случае с биткойном, майнеры могут получать 3.125 BTC в качестве награды за блок ( начиная с декабря 2024). Из-за механизма халвинга биткойна количество BTC в награде за блок уменьшается вдвое каждые 210,000 блоков, примерно каждые четыре года (.

Приносит ли майнинг прибыль?

Несмотря на возможность получения дохода от майнинга, это требует тщательного изучения, управления рисками и глубоких исследований. К рискам относятся затраты на оборудование, колебания цен на криптовалюты и протокольные обновления. Обычно майнеры применяют стратегии управления рисками при оценке затрат и потенциальных выгод.

Рентабельность майнинга зависит от множества факторов. Один из них - колебания цен на криптовалюты. Когда цены растут, увеличивается стоимость получаемых вознаграждений. В то же время, прибыль уменьшается с падением цен.

Эффективность горного оборудования также значительно влияет на прибыльность. Оборудование может быть дорогим, поэтому майнерам необходимо сбалансировать его стоимость с ожидаемыми доходами. Еще одним решающим фактором являются затраты на электроэнергию; если они возрастут слишком сильно, это может превысить потенциальную прибыль и сделать майнинг невыгодным.

Кроме того, возможно, потребуется периодическое обновление горного оборудования, так как оно быстро устаревает. Если у вас нет бюджета на обновление вашего оборудования, вам может быть трудно конкурировать.

Наконец, могут произойти значительные протокольные изменения. Например, халвинг биткойна влияет на прибыльность, сокращая вознаграждения вдвое. В других случаях новая система консенсуса может заменить майнинг. Например, сеть Эфириум полностью перешла с доказательства работы на доказательство доли )PoS( в сентябре 2022 года, что сделало майнинг ненужным.

Резюме

Майнинг является ключевым элементом сети Биткойн и других блокчейнов, использующих механизмы доказательства работы, так как он поддерживает безопасность сети и упрощает регулярное выпуск новых монет.

У майнинга есть свои плюсы и минусы. К основным плюсам относится потенциальный доход от вознаграждений за блоки. Однако прибыль от майнинга зависит от множества факторов, таких как стоимость электроэнергии и рыночные цены.

Поэтому перед тем, как приступить к майнингу криптовалют, вам следует провести собственное исследование и оценить все риски, связанные с этой деятельностью.